Potęga ukryta w ułamku sekundy
Moc 2 petawatów przekracza łączną produkcję energii elektrycznej na świecie ponad stukrotnie, ale utrzymuje się przez czas tak krótki, że trudno go sobie wyobrazić: zaledwie 25 kwintylionowych części sekundy. To mniej niż mrugnięcie okiem, ale wystarczająco długo, by przeprowadzić przełomowe eksperymenty.
Ten kamień milowy oznacza początek eksperymentów, które wkraczają na niezbadane terytorium amerykańskiej nauki wysokich pól – wyjaśnia Karl Krushelnick, dyrektor centrum
Czytaj też: Dziewięć metali w jednym nanomateriale. Przełom w badaniach nad MXenami
Cały system mieści się w przestrzeni porównywalnej z salą gimnastyczną, choć jego możliwości technologiczne znacznie wykraczają poza fizyczne rozmiary. Początkowy impuls podczerwieni przechodzi skomplikowany proces wzmacniania, Jest bowiem rozciągany w czasie przez siatki dyfrakcyjne, następnie czterokrotnie wzmacniany w komorach próżniowych, by finalnie zostać spłaszczonym do dysku o średnicy 30 centymetrów i grubości zaledwie 8 mikronów. Ostateczne skupienie wiązki do szerokości 0,8 mikrona pozwala osiągnąć intensywność niezbędną do zaawansowanych badań. To połączenie mocy i precyzji czyni ZEUS narzędziem o wyjątkowej wszechstronności.
Brzmi ciekawie, ale czy ma jakąkolwiek przydatność?
Moc lasera to nie tylko liczby, lecz realne możliwości wpływające na różne dziedziny życia. Projekt finansowany przez U.S. National Science Foundation działa jako placówka badawcza dostępna dla naukowców z całego świata, którzy mogą zgłaszać propozycje eksperymentów. Badania prowadzone przy użyciu ZEUS mogą znaleźć zastosowanie w medycynie, szczególnie w obrazowaniu tkanek miękkich oraz rozwoju metod leczenia nowotworów. Wysokoenergetyczne wiązki elektronów generowane przez system tworzą nowe możliwości zarówno diagnostyczne, jak i terapeutyczne. Obecne 2 petawaty to nie kres możliwości systemu. ZEUS został zaprojektowany z myślą o osiągnięciu 3 petawatów, jednak droga do tego celu okazała się pełna niespodziewanych trudności. Głównym wyzwaniem był 17-centymetrowy kryształ szafirowy z domieszką tytanu, czyli kluczowy element końcowego wzmacniacza.
Czytaj też: Zwykła cząsteczka adamantanu zamienia się w cenny diament. Japończycy odkryli tajemnicę transformacji
Pierwszy eksperyment z mocą 2 petawatów koncentruje się na akceleracji, w formie, która może zrewolucjonizować sposób przyspieszania cząstek. Zespół Anatoly’ego Maksimchuka pracuje nad osiągnięciem wyższych energii elektronów przy użyciu dwóch oddzielnych wiązek laserowych. Od inauguracji w październiku 2023 roku ZEUS udowodnił swoją wartość jako narodowe laboratorium. W ciągu 15 miesięcy pracy na poziomie 1 petawata system obsłużył 11 eksperymentów z udziałem 58 badaczy z 22 instytucji, w tym międzynarodowych. Demonstracja możliwości na poziomie 2 petawatów przygotowuje grunt pod planowany na ten rok przełomowy eksperyment. Gdy przyspieszone elektrony zderzą się z przeciwbieżnymi impulsami laserowymi, 3-petawatowy impuls będzie postrzegany jako wzmocniony do skali zettawatów z perspektywy elektronów.